超音速氣液分離器天然氣脫水工藝改進淺析

梁斌智

（西安石油大學 機械工程學院，陜西 西安 710065）

1 緒論

天然氣作為重要的化石能源，以其熱值高，清潔無污染的特點，在國民經濟中扮演著越來越重要的角色。國家《能源發展“十二五”規劃》顯示：2015年中國天然氣產量將達1 565 億立方米，占一次能源消費總量的7.5%[1]。加快天然氣裝備開發研究具有重要意義。

從氣田采出的天然氣常伴生飽和水，含飽和水的天然氣進入管線和處理設備后會增加管線輸送的動力消耗，降低輸氣量；天然氣中的CO2和H2S 溶于游離水中會形成酸，腐蝕管路和設備；水與天然氣形成的水合物結晶局部積累降低輸氣量，影響平穩供氣。需要利用有效方法將天然氣中的水分分離出來，該過程就是天然氣的分離或氣體干燥過程[2]。

2 超音速氣液分離器基本工作原理

超音速氣液分離技術是一種高效、節能、環保、低成本的新型氣液分離技術，該技術的核心設備是超音速分離器。超音速氣液分離器利用拉瓦爾噴管，使氣流在流過變截面流道時將氣流壓力能轉化為動能，加速到超音速，同時發生熱交換作用，使氣體的溫度迅速下降，通過機械旋流作用，從而達到氣液低溫分離目的。

圖1 超音速分離器簡圖

3 超音速分離器的工藝流程

超音速分離器的工作條件是高速低溫氣流，首先對分離產物進行相應的粗處理，以達到分離器的預訂工作條件，即需要一定的工藝輔助分離器的工作。圖2 是一種天然氣超音速分離器的工藝簡圖。

圖2 超音速氣液分離工藝簡圖

從氣田井口采出的氣體先進入分離器1，進行粗分離，除去夾雜的固體顆粒等較易分離的物質，然后進入超音速分離器，在超音速分離器中經加速、膨脹、節流、旋流、擴壓等過程，露點較低的飽和水和液烴被分離出來，經過分離器2 進行再分離之后進入其他的工藝，脫水干燥的干氣進入主管道進行后續處理。

4 工藝改進建議

從超音速分離器的基本原理可知，超音速分離器依靠氣流壓力能轉化為動能進行節流膨脹降溫，氣流壓力的大小對超音速分離器分離效果影響明顯。實際生產中，由于井上來流與下游工藝參數并不是一成不變的，而這對超音速分離器的效率具有很大影響。因此必須在超音速分離裝置前端設置自動調節裝置，以穩定來流壓力，確保分離器能夠高效工作。國內引進的首臺超音速分離裝置于2011年6月在塔里木油田牙哈作業區凝析氣廠成功投產，日處理量達到360×104m3。該裝置運轉良好，滿足設計要求。但是在實際使用中發現由于氣流壓力波動導致分離效率不夠穩定，改進方法是將超音速分離裝置與J-T 閥并聯，通過J-T 閥的自動控制來實現自動控制來流壓力[3]。

由于超音速分離器本身無自動部件，為穩定來流壓力，需加裝可便于自動控制的閥門來實現。常用的自動控制執行器閥門理論上均可承擔此任務。所選用的電磁閥應盡量滿足耐腐蝕耐高壓等要求。在自動控制系統中設定超音速設計工況壓力為穩定值，最大壓力波動為上下限設定電磁閥工作區間，即可初步實現自動穩壓的作用。圖3 所示為改進后的工藝。

圖3 改進后的超音速氣液分離工藝簡圖

5 結論

本文通過對牙哈凝析氣田超音速分離裝置實際使用效果的分析，給出了較為簡便易實現的優化方法。電磁閥的加裝及相關自動控制程序的設計國內技術理論成熟，可以非常容易地實現。

[1]國家發改委，能源發展十二五規劃[J].北京，2013.

[2]王遇冬.天然氣處理原理與工藝[M].北京：北京石化出版社，2007.

[3]王應聰，超音速分離技術在塔里木油田現場探索及應用[J].中國石油和化工標準與質量，2012，15.